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JKFN Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition



Online ISSN 2288-5978

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Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2025; 54(2): 157-163

Published online February 28, 2025 https://doi.org/10.3746/jkfn.2025.54.2.157

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

Anti-Inflammatory and Antioxidant Effects of Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. Extract via Regulation of the NF-κB Pathway

Hyeon Jeong Jo1 , Tran The Bach2 , Sang Mi Eum3 , and Sung Keun Jung1 ,4

1School of Food Science & Biotechnology and 4Research Institute of Tailored Food Technology, Kyungpook National University 2Institute of Ecology and Biological Resources, Vietnam Academy of Science and Technology 3International Biological Material Research Center, Korea Research Institute of Bioscience & Biotechnology

Correspondence to:Sung Keun Jung, School of Food Science and Biotechnology, Kyungpook National University, 80, Daehak-ro, Buk-gu, Daegu 41566, Korea, E-mail: skjung04@knu.ac.kr

Received: November 1, 2024; Revised: November 30, 2024; Accepted: December 2, 2024

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Plants of the Urceola genus have been used as traditional medicinal foods in Asia. The antimicrobial effects of the leaves of Urceola rosea (Hook. & Arn.) D.J.Middleton, a species within the genus, has been reported. However, the anti-inflammatory effects of Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. remain unclear. Therefore, this study aimed to evaluate U. polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. extracts (UPE) with respect to inflammation and oxidative stress in murine macrophage RAW 264.7 cells. UPE significantly inhibited lipopolysaccharide (LPS)-induced expression of inducible nitric oxide synthase and the production of nitric oxide (NO) in a dose-dependent manner in the RAW 264.7 cells. In addition, UPE significantly suppressed LPS-induced phosphorylation of p65, I kappa B, and I kappa B kinase in the RAW 264.7 cells. Using the 2′,7′-dichlorofluorescein diacetate probe, we showed that UPE significantly inhibited LPS-induced reactive oxygen species (ROS) production in RAW 264.7 cells. Moreover, 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) and 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl assays confirmed that UPE has antioxidant activity equivalent to 62.70±0.01 mg and 10.49 mg of ascorbic acid, respectively. In conclusion, UPE could have the potential to prevent inflammation by inhibiting the nuclear factor-kappa B (NF-κB) signaling pathway-mediated NO and ROS production.

Keywords: Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton &, Livsh. extracts, anti-inflammation, antioxidant, NF-κB, health functional food

면역 반응은 병원균 및 외부의 유해한 자극으로부터 신체를 보호하여 항상성을 유지하기 위한 필수적인 반응이지만, 면역체계가 과활성화되거나 조절 장애가 발생하면 염증이 발생한다(Channappanavar와 Perlman, 2017). 급성 염증과 같은 과민 면역 반응이 지속되면 만성 염증으로 이어지고, 만성 염증은 다양한 대사질환의 원인이 된다(Facchin 등, 2022).

Nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells(NF-κB)는 면역 반응 및 염증 반응 조절에 관련된 다양한 유전자의 발현을 조절하는 대표적인 전사인자이다(Li와 Verma, 2002). Lipopolysaccharide(LPS)와 같은 병원체가 대식세포의 toll-like receptor(TLR)와 결합하면(Ma 등, 2018) NF-κB 전사인자가 과활성화되어 염증성 사이토카인과 nitric oxide(NO)가 생성되고, 이로 인해 과도한 면역 반응이 발생하여 염증이 유발된다(Diao 등, 2014; Lim 등, 2024). 다양한 면역세포 중 대식세포는 신체에 널리 분포된 주요한 선천성 면역세포 중 하나로 외부 물질에 대한 즉각적인 방어 작용을 한다. 따라서 대식세포에서 NF-κB 신호전달 경로 활성과 염증 인자 생산 조절을 통해 항염증 효능을 기대할 수 있다.

염증 반응과 세포 내 산화 스트레스 경로는 상호 연관되어 다양한 조직 손상 및 질병을 유발한다고 알려져 있다(Bondia-Pons 등, 2012). 자유 라디칼은 높은 반응성으로 인해 DNA와 단백질과 같은 분자와 상호작용하여 세포 손상을 유발한다(Younes, 1999). Reactive oxygen species(ROS)는 항상성 유지에 필수적이나, 과도하게 생성된 ROS는 세포 내 자유 라디칼의 수치를 증가시켜 세포를 손상하며 질병 발생을 초래한다(Guo 등, 2020). 항산화제는 이러한 ROS를 중화시켜 ROS에 의한 손상으로부터 세포와 조직을 보호할 수 있다(Lim 등, 2024).

Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh.는 베트남, 라오스, 캄보디아 등 습한 열대 지역에서 자라는 덩굴식물이다. Urceola 속에 속한 식물들은 베트남 및 대만에서 진통제와 같은 전통적인 약용 식품으로 사용되어 왔다. Urceola 속에 속한 다른 종인 Urceola rosea (Hook. & Arn.) D.J.Middleton은 감염억제 효과가 있다고 보고되었다(Nguyen Ngoc 등, 2018). 그러나 아직 U. polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh.의 항염증 효능 및 작용 기작에 대한 연구는 현재 진행된 바 없다. 따라서 본 연구에서는 U. polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. 추출물의 항염증 및 항산화 활성을 분석하고자 하였다.

재료 및 시약

Dulbecco’s modified Eagle’s medium(DMEM), 10% 소태아혈청(fetal bovine serum, FBS), 1% 항생제(penicillin/streptomycin solution)는 Thermo Fisher Scientific에서 구입하였다. Escherichia coli O111:B4(LPS25) 유래 LPS는 Sigma-Aldrich Co.에서 구매하였다. 1차 항체인 inducible nitric oxide synthase(iNOS), COX-2, phospho-p65(Ser536), p65, phospho-IκBα, IκBα, phospho-IKKα/β(Ser176/180), IKKα는 Cell Signaling Technology에서 구입하였으며, β-actin은 Santa Cruz Biotech에서 구입하였다. 모든 항체는 제공된 프로토콜에 따라 1× Tris-buffered saline, 0.1% Tween® 20 Detergent(TBST)에 1:1,000 비율로 희석하여 사용하였다. 2차 항체 Pierce Goat Anti-Rabbit IgG(H+L), Pierce Goat Anti-Mouse IgG(H+L)는 Thermo Fisher Scientific에서 구입하였다.

샘플 준비 및 추출

본 연구에 사용한 U. polymorpha (Pierre ex Spire) D.J. Middleton & Livsh.의 추출물(UPE; FBM044-092)은 베트남의 Bac Kan 주에 속한 Cho Don 지역의 Bang Lung 단체가 수집하였고, 추출물 샘플은 Institute of Ecology and Biological Resources의 Dr. Tran The Bach가 2008년 6월 22일에 수집하고 검증하였다. VK 2190으로 기록된 표본은 Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology의 식물표본관에 기탁되었다. U. polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh.의 잎, 줄기, 꽃을 분쇄하여 그늘에서 건조 후 분말화하였다. 분말화한 식물 78 g을 99.9% 메탄올(HPLC grade) 1 L와 혼합하였다. 그 후 시료를 상온에서 초음파 추출기(SDN-900H, SD-Ultrasonic Co., Ltd.)를 사용하여 30 cycle로 반복(40 kHz, 1,500 W, 15 min ultrasonication-120 min standing per cycle)하여 추출 진행하였고, 수확한 메탄올 추출물을 여과(Qualitative Filter No.100, Hyundai Micro Co., Ltd.) 및 감압 건조를 진행하여 추출물 3.14 g을 얻었으며, 메탄올 추출 공정을 통한 최종 수율은 4.03%였고 최종 추출물은 dimethyl sulfoxide(DMSO, Sigma-Aldrich Co.)에 100 mg/mL 농도로 희석하여 샘플로 사용하였다.

세포 배양

마우스 유래 대식세포인 RAW 264.7 세포(KCLB No. 40071)는 한국세포주은행(Korean Cell Line Research Foundation)에서 구매하였다. RAW 264.7 세포는 10% FBS, 1% penicillin/streptomycin을 첨가한 DMEM/High Glucose 배지를 이용해 배양을 진행하였고, Eppendorf Galaxy 170R/170S CO2 배양기(Eppendorf)에서 37°C, 5% CO2로 배양 조건을 유지하며 2일마다 계대 배양하였다.

세포 독성 평가

96-Well plate에 RAW 264.7 세포를 well당 100 μL씩 3⨉105 cells/mL 농도로 처리한 후 37°C, 5% CO2 조건의 배양기에서 24시간 배양하였다. 이후 세포에 UPE를 25, 50, 100 μg/mL 농도로 well마다 100 μL씩 각각 처리하여 추가로 24시간 배양하였다. 이후 세포에 thiazolyl blue tetrazolium bromide(MTT, Sigma-Aldrich Co.)를 10 μL씩 well마다 처리하고 2시간 배양하였다. 2시간 후 well마다 80 μL의 배지를 제거하고 DMSO 100 μL를 분주하였다. DMSO를 처리해 준 96-well plate를 은박지로 감싸 빛 노출을 막은 뒤 30분 동안 반응시켰다. 마지막으로 microplate reader(Molecular Devices)를 이용하여 595 nm에서 흡광도를 측정하여 상대적인 값으로 세포 독성을 평가하였다.

NO 측정

96-Well plate에 RAW 264.7 세포를 각 well당 200 μL씩 3⨉105 cells/mL 농도로 처리한 후 37°C, 5% CO2 조건의 배양기에서 24시간 배양하였다. 이후 세포에 UPE를 25, 50, 100 μg/mL 농도로 well마다 200 μL씩 각각 처리하여 추가로 1시간 배양하였다. UPE 처리 1시간 후, 1 μg/mL 농도의 LPS를 well마다 200 μL 처리하여 24시간 배양하였다. 24시간 후, 새로운 96-well plate에 상층액 100 μL를 분주한 후 0~100 mM 농도별로 희석한 sodium nitrite(Sigma-Aldrich Co.)를 100 μL 분주한 뒤 Griess A[0.2% of N-(1-naphthyl)-ethylenediamine dihydrochloride(NED)]와 Griess B(1% of sulfanilamide & 5% of phosphoric acid)를 동량 처리한 후 standard로 사용하였다. 이후 96-well plate를 교반기에서 30분 동안 반응시켜 용액이 잘 용해되도록 하였다. 30분 후 microplate reader(Molecular Devices)를 이용하여 550 nm에서 흡광도를 측정하여 값을 확인하였다. 농도별로 처리한 sodium nitrite의 흡광도는 NO의 표준곡선을 나타내는 데 사용하였다.

Western blot 분석

RAW 264.7 세포를 3⨉105 cells/mL 농도로 dish에 처리한 후 37°C, 5% CO2 조건의 배양기에서 24시간 동안 배양하였다. 24시간 후 세포에 UPE를 각각 25, 50, 100 μg/mL 농도로 well마다 1시간 전처리해 주었다. 이후 LPS를 1 μg/mL 농도로 처리하여 추가로 24시간 배양하였다. 이후 lysis buffer를 100 μL 분주해 세포를 용해한 후 수집하고, 4°C, 13,572×g, 15분 조건으로 원심분리한 후 상층액을 수집하여 DC Protein Assay Kit(Molecular Devices)으로 단백질 정량화를 진행하였다. 이를 10% acrylamide gel에 loading 후 80~120 mA로 전기영동을 진행하여 단백질을 분리하였다. 분리된 단백질을 4°C, 230 mA 조건에서 1시간 동안 polyvinylidene difluoride membrane(Immobilon®-P transfer membrane, Millipore)으로 이동시켰다. 이후 5% skim milk가 포함된 TBST에 membrane을 넣고 1시간 동안 상온에서 blocking을 진행하여 비특이적인 반응을 막아주었다. 확인하고자 하는 단백질에 적합한 1차 항체를 밤새도록 4°C에서 반응시켰다. 이후 1차 항체에 특이하게 결합하는 2차 항체를 1시간 동안 상온에서 반응시켰다. 이후 EzWest Lumi plus 시약을 membrane에서 1분간 처리하여 단백질 발현 정도를 확인하였다.

ROS 소거능 평가

96-Well plate에 RAW 264.7 세포를 well마다 100 μL씩 3⨉105 cells/mL 농도로 분주한 후 37°C, 5% CO2 조건의 배양기에서 24시간 동안 배양하였다. 이후 배지를 제거하고 UPE를 25, 50, 100 μg/mL 농도로 well마다 100 μL씩 1시간 전처리해 주었다. 1시간 후 LPS를 1 μg/mL 농도로 처리하여 추가로 24시간 배양하였다. 24시간 후 phosphate-buffered saline(PBS) 200 μL를 이용해 모든 well을 2회 세척한 후, serum free media에 20 mM 농도로 2′,7′-dichlorofluorescein diacetate(DCF-DA)를 희석한 후 각 well에 200 μL 처리하여 30분 추가 배양하였다. 이후 PBS 200 μL를 이용해 모든 well을 1회 세척한 후, PBS 200 μL를 각 well에 다시 분주해 주었다. ROS에 의한 형광 강도는 microplate fluorometer(Molecular Devices)를 이용하여 485~535 nm에서 측정하였고, ROS에 의한 형광 이미지는 fluorescence microscopy(Leica Microsystems)와 LAS X microscope software(Leica Wetzlar)를 통해 확인하였다.

자유 라디칼 소거능 평가

2,2′-Azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)(ABTS) 측정을 위해 Sigma-Aldrich Co.에서 구매한 ascorbic acid를 PBS에 농도별(2, 5, 10, 20, 25 μg/mL)로 희석하였고, UPE도 PBS에 농도별(25, 50, 100 μg/mL)로 희석하여 96-well plate에 100 μL씩 분주하였다. 이후 ABTS 용액을 plate에 100 μL씩 처리한 후 실온, 암실 조건에서 30분간 반응시켰다. 5 mg의 ABTS tablet을 멸균 증류수로 희석하여 7 mM 농도로 만들고 K2S2O8을 첨가하여 ABTS 용액을 제조하였으며, 상온, 암실 조건에서 12~16시간 동안 반응시켜 사용하였다. 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl(DPPH) 측정은 ascorbic acid를 메탄올에 농도별(1, 2, 4, 8 μg/mL)로 희석하였고, UPE도 메탄올에 농도별(25, 50, 100 μg/mL)로 희석하여 96-well plate에 100 μL씩 분주하였다. 이후 DPPH 용액을 plate에 100 μL씩 처리한 후 실온, 암실 조건에서 30분 반응시켰다. DPPH 용액은 DPPH(Sigma-Aldrich Co.)가 40 μg/mL 농도가 되도록 메탄올로 희석하여 당일 제조하였다. ABTS 및 DPPH 측정은 30분 반응 후 microplate reader를 사용하여 595 nm에서 흡광도를 측정하였다. Ascorbic acid의 농도별 흡광도는 ABTS, DPPH의 표준곡선으로 이용하였고, ascorbic acid equivalent antioxidant activity(AEAC)로 라디칼 소거능을 나타내었다. AEAC 값은 100 mg의 UPE와 상응하는 ascorbic acid의 양으로 표현하였으며 다음과 같은 방정식을 통해 계산하였다.

AEAC=(ΔAsampleAaaCaa×V×(100/Wsample)

여기서 ΔAsample은 UPE에 의한 흡광도 변화, ΔAaa는 ascorbic acid 표준액에 의한 흡광도 변화, Caa는 ascorbic acid 표준액의 농도(mg/mL), V는 UPE의 부피(mL), Wsample은 UPE의 질량(g)이다.

통계 분석

본 연구의 모든 실험 결과는 평균±표준편차(mean±standard deviation)로 나타냈고, GraphPad Prism 9 software(Graph Pad)를 이용하여 표현하였다. One-way ANOVA(analysis of variance)와 t-test를 통해 대조군과 UPE를 처리한 각 실험군 간 차이를 분석하였다. 대조군과 비교하여 P<0.05를 기준으로 통계적 유의성을 판단하였다.

RAW 264.7 세포에서 LPS로 증가한 NO 생산에 UPE의 영향 평가

NO의 과잉 생산은 세포와 조직을 손상할 수 있으며, 염증성 질환의 주요 원인이 되므로(Choi 등, 2015) RAW 264.7 세포에서 LPS로 유도된 NO 생산에 대한 UPE의 효능을 우선 평가하였다. UPE의 농도별(25, 50, 100 μg/mL) 전처리로 LPS에 의한 NO 생산이 유의적으로 억제되었고, 특히 100 μg/mL의 처리군에서 NO 생산이 74.6% 감소하였다(Fig. 1A). Kim 등(2008)은 LPS 단일 처리군 대비 Glycyrrhizae radix 추출물이 LPS에 의한 NO 생산을 8배 억제하였고, Lee 등(2007)Pyrolae herba 추출물이 NO 생산을 10배 억제하였다고 보고하였다. 따라서 본 연구 결과는 UPE가 LPS 단일 처리군 대비 NO 생산을 13배 억제하여 상대적으로 우수한 NO 저해 활성을 나타낸다고 할 수 있다. 또한, 세포 독성을 평가한 결과, 주어진 UPE 농도(25, 50, 100 μg/mL)에서 세포 독성이 관찰되지 않았다(Fig. 1B). 따라서 UPE는 독성이 없는 농도에서 LPS로 증가한 NO의 생성을 유의적으로 억제함을 확인하였다.

Fig. 1. The effects of Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. extracts (UPE) on LPS-induced nitrite production and cell viability in RAW 264.7 cells. (A) UPE significantly inhibited LPS-induced NO production in RAW 264.7 cells in a dose-dependent manner. (B) UPE did not have cytotoxicity in RAW 264.7 cells. The data represent the mean±SD of three independent experiments. #P<0.05 indicates a significant difference between control group and LPS group. **P<0.01, ***P<0.001 indicate a significant difference compared with the LPS group.

RAW 264.7 세포에서 LPS로 유도된 iNOS 및 COX-2 발현에 대한 UPE의 영향 평가

iNOS와 COX-2는 각각 염증을 매개하는 다량의 iNOS(Lai 등, 2009)와 PGF2(Lee 등, 2012)를 생성한다. iNOS는 대식세포와 같은 면역세포에서 유도되며, LPS와 같은 자극으로 활성화되고 아르기닌을 산화하여 NO를 생성한다(Lianos, 1998). 따라서 우리는 NO 합성 효소인 iNOS와 추가로 염증을 유도할 수 있는 COX-2의 발현에 UPE가 미치는 영향을 평가하였다. LPS에 의해 iNOS와 COX-2 단백질 발현이 증가함을 확인하였고, UPE의 농도별(25, 50, 100 μg/mL) 전처리로 iNOS의 발현이 농도 의존적으로 감소하였다(Fig. 2). 흥미롭게도 UPE를 100 μg/mL 처리했을 때 iNOS의 발현이 약 90% 수준까지 억제되었지만(Fig. 2B), COX-2의 발현에는 영향을 미치지 않았다(Fig. 2A). Wang 등(2019)에 따르면 Phyllanthus emblica 추출물의 효능을 western blot을 통해 확인하였을 때, LPS에 의해 증가한 iNOS 발현이 유의적으로 감소하면 항염증 효능을 나타낸다고 보고하였다. 이러한 결과를 통해 UPE는 COX-2 발현 증가에 의한 염증 반응보다는 iNOS의 발현 증가로 생성되는 과도한 NO를 억제함으로써 잠재적인 항염증 효능을 나타낼 가능성이 있음을 추측할 수 있다.

Fig. 2. The effects of Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. extracts (UPE) on LPS-induced expression of iNOS and COX-2 in RAW 264.7 cells. (A) UPE significantly inhibited LPS-induced expression of iNOS in RAW 264.7 cells in a dose dependent manner. (B) Quantification of iNOS expression was significantly alleviated by UPE in RAW 264.7 cells. The data represent the mean±SD of three independent experiments. #P<0.05 indicates a significant difference between control group and LPS group. ***P<0.001 indicates a significant difference compared with the LPS group.

RAW 264.7 대식세포에서 LPS로 유도된 NF-κB 신호전달 경로 활성에 대한 UPE의 영향 평가

NF-κB는 염증 반응 동안 중요한 전사인자이며 염증 발현에 관여한다고 알려져 있다(Wu 등, 2024). LPS는 TLR4와 같은 선천 면역 체계 수용체에 의해 감지되어 하위 인자인 NF-κB 신호전달 경로를 활성화하고 핵으로 이동시킨다(Diao 등, 2014). 핵으로 이동한 NF-κB는 DNA의 κB-site에 결합해 전사를 활성화하여(Inoue 등, 2007) 염증성 매개체 및 사이토카인 생성에 관여한다(Medzhitov, 2010). 따라서 UPE가 iNOS 발현 및 염증 조절에 NF-κB 경로가 관여하는지 Western blot을 통해 확인하였다. NF-κB 전사인자의 활성에 UPE가 미치는 영향을 확인한 결과, UPE에 의해 RAW 264.7에서 LPS로 유도된 p65의 인산화가 유의적으로 억제되었다(Fig. 3). 또한, 상위 인자인 IκBα, IKKα의 인산화도 LPS에 의해 증가하였지만, UPE에 의해 유의적으로 억제되었다(Fig. 4A~C). 아울러, LPS로 유도된 IκBα의 분해가 UPE의 50, 100 μg/mL 농도에서 유의적으로 완화되는 것을 확인하였다(P<0.001)(Fig. 4A, 4D). Gao 등(2020)에 따르면 NF-κB 경로의 활성을 억제하였을 때 항염증 효능이 나타났고, 이를 in vivo 실험을 통해 검증하였다. 따라서 위 결과를 통해 UPE가 NF-κB 신호전달 경로를 조절하여 iNOS 발현을 억제함으로써 잠재적인 항염증 효능을 가질 수 있음을 시사한다.

Fig. 3. The effects of Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. extracts (UPE) on LPS-induced phosphorylation of NF-κB in RAW 264.7 cells. (A) UPE significantly inhibited LPS-induced phosphorylation of p65 in RAW 264.7 cells. (B) Quantification of p65 phosphorylation was significantly alleviated by UPE in RAW 264.7 cells. The data represent the mean±SD of three independent experiments. #P<0.05 indicates a significant difference between control group and LPS group. ***P<0.001 indicates a significant difference compared with the LPS group.

Fig. 4. The effects of Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. extracts (UPE) on LPS-induced NF-κB signaling pathway in RAW 264.7 cells. (A, B) UPE significantly inhibited LPS-induced phosphorylation of IKKα in RAW 264.7 cells in a dose-dependent manner. (A, C) UPE significantly inhibited LPS-induced phosphorylation of IκBα in RAW 264.7 cells. (A, D) UPE significantly inhibited LPS-induced degradation of IκBα in RAW 264.7 cells. The data represent the mean±SD of three independent experiments. #P<0.05 indicates a significant difference between control group and LPS group. **P<0.01, ***P<0.001 indicate a significant difference compared with the LPS group.

RAW 264.7 대식세포에서 ROS 생산 및 라디칼 소거에 대한 UPE의 영향 평가

활성산소종(ROS)은 미토콘드리아의 정상적인 세포 호흡 과정에 의해 주로 생성되어 세포 성장 및 분화를 조절하는 기능을 하지만(Mittal 등, 2014), 외부 스트레스에 의한 반응으로 ROS가 과도하게 생산되면 면역세포를 활성화하며 자유 라디칼을 형성하여 산화적 손상을 유발하고(Tang 등, 2019) 그로 인해 세포 사멸 및 염증이 발생한다(Zhao 등, 2021). 이처럼 염증 반응과 산화 반응은 밀접하게 연관되어 있으므로, RAW 264.7 대식세포에서 DCF-DA probe를 사용하여 UPE가 ROS 생성에 미치는 영향을 평가하였다. LPS로 인해 ROS의 생산이 유의적으로 증가하였고(P<0.05), 100 μg/mL의 UPE를 처리하였을 때 유의적으로 완화되었다(Fig. 5A). 이를 형광 현미경을 통해 분석을 진행하였을 때도 동일한 경향을 나타내었다(Fig. 5B). 이 결과를 통해 UPE는 RAW 264.7 대식세포에서 LPS로 인해 증가한 ROS 생산을 완화해 항산화 효능을 가진다는 것을 알 수 있다. 추가로 소재의 항산화능을 평가할 수 있는 ABTS 및 DPPH assay를 진행하였고, 항산화제로 많이 알려진 ascorbic acid와 비교하여 UPE의 항산화능을 확인하였다. ABTS와 DPPH assay에서 각각 AEAC 값을 mg/100 mg으로 환산하여 나타내었다. UPE의 AEAC 값은 62.70±0.01, 10.49±0.00 mg/100 mg으로 측정되었다(Table 1). 이를 통해 UPE는 자유 라디칼 소거능을 가진다는 것을 확인했으므로 항산화 효능을 나타내는 소재임을 증명하였다.

Table 1 . The effects of Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. extracts on total ascorbic acid equivalent antioxidant activity (AEAC) in RAW 264.7 cells

ABTS

DPPH

AEAC (mg/100 mg)

62.70±0.01

10.49±0.00



Fig. 5. The effects of Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. extracts (UPE) on LPS-induced ROS production in RAW 264.7 cells. UPE significantly inhibited LPS-induced production of ROS in RAW 264.7 cells in 100 μg/mL. The data represent the mean±SD of three independent experiments. #P<0.05 indicates a significant difference between control group and LPS group. *P<0.05 indicates a significant difference compared with the LPS group.

우리는 한국생명공학연구원으로부터 분양받은 식물 소재 중 항염증 활성이 우수한 소재로 UPE를 선별하였다. UPE는 세포 독성을 가지지 않는 농도에서 LPS로 유도된 NO 생성 및 iNOS의 발현을 유의적으로 억제하였다. 또한, UPE는 LPS로 인해 활성화된 p65의 인산화 및 세포질에서 핵으로의 전위를 억제하였으며, IκBα와 IKKα의 인산화를 억제하였다. UPE는 100 μg/mL 농도에서 LPS에 의한 ROS 생성을 유의적으로 감소시켰다. 이러한 연구 결과는 UPE가 LPS로 인해 증가하는 iNOS 및 NO의 생성과 NF-κB 신호전달 경로의 활성을 조절하여 잠재적인 항염증 소재가 될 수 있음을 시사한다.

이 연구는 대한민국의 KRIBB Initiative Program과 베트남의 project đTđL.CN-72/22의 지원을 받았습니다.

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Article

Article

Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2025; 54(2): 157-163

Published online February 28, 2025 https://doi.org/10.3746/jkfn.2025.54.2.157

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. 추출물의 NF-κB 경로 조절을 통한 항염증 및 항산화 효과

조현정1∙Tran The Bach2 ∙엄상미3∙정성근1,4

1경북대학교 식품공학부 2Institute of Ecology and Biological Resources, Vietnam Academy of Science and Technology 3한국생명공학연구원 해외생물소재센터, 4경북대학교 특수식품연구소

Received: November 1, 2024; Revised: November 30, 2024; Accepted: December 2, 2024

Anti-Inflammatory and Antioxidant Effects of Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. Extract via Regulation of the NF-κB Pathway

Hyeon Jeong Jo1 , Tran The Bach2 , Sang Mi Eum3 , and Sung Keun Jung1,4

1School of Food Science & Biotechnology and 4Research Institute of Tailored Food Technology, Kyungpook National University 2Institute of Ecology and Biological Resources, Vietnam Academy of Science and Technology 3International Biological Material Research Center, Korea Research Institute of Bioscience & Biotechnology

Correspondence to:Sung Keun Jung, School of Food Science and Biotechnology, Kyungpook National University, 80, Daehak-ro, Buk-gu, Daegu 41566, Korea, E-mail: skjung04@knu.ac.kr

Received: November 1, 2024; Revised: November 30, 2024; Accepted: December 2, 2024

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

Plants of the Urceola genus have been used as traditional medicinal foods in Asia. The antimicrobial effects of the leaves of Urceola rosea (Hook. & Arn.) D.J.Middleton, a species within the genus, has been reported. However, the anti-inflammatory effects of Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. remain unclear. Therefore, this study aimed to evaluate U. polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. extracts (UPE) with respect to inflammation and oxidative stress in murine macrophage RAW 264.7 cells. UPE significantly inhibited lipopolysaccharide (LPS)-induced expression of inducible nitric oxide synthase and the production of nitric oxide (NO) in a dose-dependent manner in the RAW 264.7 cells. In addition, UPE significantly suppressed LPS-induced phosphorylation of p65, I kappa B, and I kappa B kinase in the RAW 264.7 cells. Using the 2′,7′-dichlorofluorescein diacetate probe, we showed that UPE significantly inhibited LPS-induced reactive oxygen species (ROS) production in RAW 264.7 cells. Moreover, 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) and 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl assays confirmed that UPE has antioxidant activity equivalent to 62.70±0.01 mg and 10.49 mg of ascorbic acid, respectively. In conclusion, UPE could have the potential to prevent inflammation by inhibiting the nuclear factor-kappa B (NF-κB) signaling pathway-mediated NO and ROS production.

Keywords: Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton &, Livsh. extracts, anti-inflammation, antioxidant, NF-κB, health functional food

서 론

면역 반응은 병원균 및 외부의 유해한 자극으로부터 신체를 보호하여 항상성을 유지하기 위한 필수적인 반응이지만, 면역체계가 과활성화되거나 조절 장애가 발생하면 염증이 발생한다(Channappanavar와 Perlman, 2017). 급성 염증과 같은 과민 면역 반응이 지속되면 만성 염증으로 이어지고, 만성 염증은 다양한 대사질환의 원인이 된다(Facchin 등, 2022).

Nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells(NF-κB)는 면역 반응 및 염증 반응 조절에 관련된 다양한 유전자의 발현을 조절하는 대표적인 전사인자이다(Li와 Verma, 2002). Lipopolysaccharide(LPS)와 같은 병원체가 대식세포의 toll-like receptor(TLR)와 결합하면(Ma 등, 2018) NF-κB 전사인자가 과활성화되어 염증성 사이토카인과 nitric oxide(NO)가 생성되고, 이로 인해 과도한 면역 반응이 발생하여 염증이 유발된다(Diao 등, 2014; Lim 등, 2024). 다양한 면역세포 중 대식세포는 신체에 널리 분포된 주요한 선천성 면역세포 중 하나로 외부 물질에 대한 즉각적인 방어 작용을 한다. 따라서 대식세포에서 NF-κB 신호전달 경로 활성과 염증 인자 생산 조절을 통해 항염증 효능을 기대할 수 있다.

염증 반응과 세포 내 산화 스트레스 경로는 상호 연관되어 다양한 조직 손상 및 질병을 유발한다고 알려져 있다(Bondia-Pons 등, 2012). 자유 라디칼은 높은 반응성으로 인해 DNA와 단백질과 같은 분자와 상호작용하여 세포 손상을 유발한다(Younes, 1999). Reactive oxygen species(ROS)는 항상성 유지에 필수적이나, 과도하게 생성된 ROS는 세포 내 자유 라디칼의 수치를 증가시켜 세포를 손상하며 질병 발생을 초래한다(Guo 등, 2020). 항산화제는 이러한 ROS를 중화시켜 ROS에 의한 손상으로부터 세포와 조직을 보호할 수 있다(Lim 등, 2024).

Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh.는 베트남, 라오스, 캄보디아 등 습한 열대 지역에서 자라는 덩굴식물이다. Urceola 속에 속한 식물들은 베트남 및 대만에서 진통제와 같은 전통적인 약용 식품으로 사용되어 왔다. Urceola 속에 속한 다른 종인 Urceola rosea (Hook. & Arn.) D.J.Middleton은 감염억제 효과가 있다고 보고되었다(Nguyen Ngoc 등, 2018). 그러나 아직 U. polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh.의 항염증 효능 및 작용 기작에 대한 연구는 현재 진행된 바 없다. 따라서 본 연구에서는 U. polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. 추출물의 항염증 및 항산화 활성을 분석하고자 하였다.

재료 및 방법

재료 및 시약

Dulbecco’s modified Eagle’s medium(DMEM), 10% 소태아혈청(fetal bovine serum, FBS), 1% 항생제(penicillin/streptomycin solution)는 Thermo Fisher Scientific에서 구입하였다. Escherichia coli O111:B4(LPS25) 유래 LPS는 Sigma-Aldrich Co.에서 구매하였다. 1차 항체인 inducible nitric oxide synthase(iNOS), COX-2, phospho-p65(Ser536), p65, phospho-IκBα, IκBα, phospho-IKKα/β(Ser176/180), IKKα는 Cell Signaling Technology에서 구입하였으며, β-actin은 Santa Cruz Biotech에서 구입하였다. 모든 항체는 제공된 프로토콜에 따라 1× Tris-buffered saline, 0.1% Tween® 20 Detergent(TBST)에 1:1,000 비율로 희석하여 사용하였다. 2차 항체 Pierce Goat Anti-Rabbit IgG(H+L), Pierce Goat Anti-Mouse IgG(H+L)는 Thermo Fisher Scientific에서 구입하였다.

샘플 준비 및 추출

본 연구에 사용한 U. polymorpha (Pierre ex Spire) D.J. Middleton & Livsh.의 추출물(UPE; FBM044-092)은 베트남의 Bac Kan 주에 속한 Cho Don 지역의 Bang Lung 단체가 수집하였고, 추출물 샘플은 Institute of Ecology and Biological Resources의 Dr. Tran The Bach가 2008년 6월 22일에 수집하고 검증하였다. VK 2190으로 기록된 표본은 Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology의 식물표본관에 기탁되었다. U. polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh.의 잎, 줄기, 꽃을 분쇄하여 그늘에서 건조 후 분말화하였다. 분말화한 식물 78 g을 99.9% 메탄올(HPLC grade) 1 L와 혼합하였다. 그 후 시료를 상온에서 초음파 추출기(SDN-900H, SD-Ultrasonic Co., Ltd.)를 사용하여 30 cycle로 반복(40 kHz, 1,500 W, 15 min ultrasonication-120 min standing per cycle)하여 추출 진행하였고, 수확한 메탄올 추출물을 여과(Qualitative Filter No.100, Hyundai Micro Co., Ltd.) 및 감압 건조를 진행하여 추출물 3.14 g을 얻었으며, 메탄올 추출 공정을 통한 최종 수율은 4.03%였고 최종 추출물은 dimethyl sulfoxide(DMSO, Sigma-Aldrich Co.)에 100 mg/mL 농도로 희석하여 샘플로 사용하였다.

세포 배양

마우스 유래 대식세포인 RAW 264.7 세포(KCLB No. 40071)는 한국세포주은행(Korean Cell Line Research Foundation)에서 구매하였다. RAW 264.7 세포는 10% FBS, 1% penicillin/streptomycin을 첨가한 DMEM/High Glucose 배지를 이용해 배양을 진행하였고, Eppendorf Galaxy 170R/170S CO2 배양기(Eppendorf)에서 37°C, 5% CO2로 배양 조건을 유지하며 2일마다 계대 배양하였다.

세포 독성 평가

96-Well plate에 RAW 264.7 세포를 well당 100 μL씩 3⨉105 cells/mL 농도로 처리한 후 37°C, 5% CO2 조건의 배양기에서 24시간 배양하였다. 이후 세포에 UPE를 25, 50, 100 μg/mL 농도로 well마다 100 μL씩 각각 처리하여 추가로 24시간 배양하였다. 이후 세포에 thiazolyl blue tetrazolium bromide(MTT, Sigma-Aldrich Co.)를 10 μL씩 well마다 처리하고 2시간 배양하였다. 2시간 후 well마다 80 μL의 배지를 제거하고 DMSO 100 μL를 분주하였다. DMSO를 처리해 준 96-well plate를 은박지로 감싸 빛 노출을 막은 뒤 30분 동안 반응시켰다. 마지막으로 microplate reader(Molecular Devices)를 이용하여 595 nm에서 흡광도를 측정하여 상대적인 값으로 세포 독성을 평가하였다.

NO 측정

96-Well plate에 RAW 264.7 세포를 각 well당 200 μL씩 3⨉105 cells/mL 농도로 처리한 후 37°C, 5% CO2 조건의 배양기에서 24시간 배양하였다. 이후 세포에 UPE를 25, 50, 100 μg/mL 농도로 well마다 200 μL씩 각각 처리하여 추가로 1시간 배양하였다. UPE 처리 1시간 후, 1 μg/mL 농도의 LPS를 well마다 200 μL 처리하여 24시간 배양하였다. 24시간 후, 새로운 96-well plate에 상층액 100 μL를 분주한 후 0~100 mM 농도별로 희석한 sodium nitrite(Sigma-Aldrich Co.)를 100 μL 분주한 뒤 Griess A[0.2% of N-(1-naphthyl)-ethylenediamine dihydrochloride(NED)]와 Griess B(1% of sulfanilamide & 5% of phosphoric acid)를 동량 처리한 후 standard로 사용하였다. 이후 96-well plate를 교반기에서 30분 동안 반응시켜 용액이 잘 용해되도록 하였다. 30분 후 microplate reader(Molecular Devices)를 이용하여 550 nm에서 흡광도를 측정하여 값을 확인하였다. 농도별로 처리한 sodium nitrite의 흡광도는 NO의 표준곡선을 나타내는 데 사용하였다.

Western blot 분석

RAW 264.7 세포를 3⨉105 cells/mL 농도로 dish에 처리한 후 37°C, 5% CO2 조건의 배양기에서 24시간 동안 배양하였다. 24시간 후 세포에 UPE를 각각 25, 50, 100 μg/mL 농도로 well마다 1시간 전처리해 주었다. 이후 LPS를 1 μg/mL 농도로 처리하여 추가로 24시간 배양하였다. 이후 lysis buffer를 100 μL 분주해 세포를 용해한 후 수집하고, 4°C, 13,572×g, 15분 조건으로 원심분리한 후 상층액을 수집하여 DC Protein Assay Kit(Molecular Devices)으로 단백질 정량화를 진행하였다. 이를 10% acrylamide gel에 loading 후 80~120 mA로 전기영동을 진행하여 단백질을 분리하였다. 분리된 단백질을 4°C, 230 mA 조건에서 1시간 동안 polyvinylidene difluoride membrane(Immobilon®-P transfer membrane, Millipore)으로 이동시켰다. 이후 5% skim milk가 포함된 TBST에 membrane을 넣고 1시간 동안 상온에서 blocking을 진행하여 비특이적인 반응을 막아주었다. 확인하고자 하는 단백질에 적합한 1차 항체를 밤새도록 4°C에서 반응시켰다. 이후 1차 항체에 특이하게 결합하는 2차 항체를 1시간 동안 상온에서 반응시켰다. 이후 EzWest Lumi plus 시약을 membrane에서 1분간 처리하여 단백질 발현 정도를 확인하였다.

ROS 소거능 평가

96-Well plate에 RAW 264.7 세포를 well마다 100 μL씩 3⨉105 cells/mL 농도로 분주한 후 37°C, 5% CO2 조건의 배양기에서 24시간 동안 배양하였다. 이후 배지를 제거하고 UPE를 25, 50, 100 μg/mL 농도로 well마다 100 μL씩 1시간 전처리해 주었다. 1시간 후 LPS를 1 μg/mL 농도로 처리하여 추가로 24시간 배양하였다. 24시간 후 phosphate-buffered saline(PBS) 200 μL를 이용해 모든 well을 2회 세척한 후, serum free media에 20 mM 농도로 2′,7′-dichlorofluorescein diacetate(DCF-DA)를 희석한 후 각 well에 200 μL 처리하여 30분 추가 배양하였다. 이후 PBS 200 μL를 이용해 모든 well을 1회 세척한 후, PBS 200 μL를 각 well에 다시 분주해 주었다. ROS에 의한 형광 강도는 microplate fluorometer(Molecular Devices)를 이용하여 485~535 nm에서 측정하였고, ROS에 의한 형광 이미지는 fluorescence microscopy(Leica Microsystems)와 LAS X microscope software(Leica Wetzlar)를 통해 확인하였다.

자유 라디칼 소거능 평가

2,2′-Azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)(ABTS) 측정을 위해 Sigma-Aldrich Co.에서 구매한 ascorbic acid를 PBS에 농도별(2, 5, 10, 20, 25 μg/mL)로 희석하였고, UPE도 PBS에 농도별(25, 50, 100 μg/mL)로 희석하여 96-well plate에 100 μL씩 분주하였다. 이후 ABTS 용액을 plate에 100 μL씩 처리한 후 실온, 암실 조건에서 30분간 반응시켰다. 5 mg의 ABTS tablet을 멸균 증류수로 희석하여 7 mM 농도로 만들고 K2S2O8을 첨가하여 ABTS 용액을 제조하였으며, 상온, 암실 조건에서 12~16시간 동안 반응시켜 사용하였다. 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl(DPPH) 측정은 ascorbic acid를 메탄올에 농도별(1, 2, 4, 8 μg/mL)로 희석하였고, UPE도 메탄올에 농도별(25, 50, 100 μg/mL)로 희석하여 96-well plate에 100 μL씩 분주하였다. 이후 DPPH 용액을 plate에 100 μL씩 처리한 후 실온, 암실 조건에서 30분 반응시켰다. DPPH 용액은 DPPH(Sigma-Aldrich Co.)가 40 μg/mL 농도가 되도록 메탄올로 희석하여 당일 제조하였다. ABTS 및 DPPH 측정은 30분 반응 후 microplate reader를 사용하여 595 nm에서 흡광도를 측정하였다. Ascorbic acid의 농도별 흡광도는 ABTS, DPPH의 표준곡선으로 이용하였고, ascorbic acid equivalent antioxidant activity(AEAC)로 라디칼 소거능을 나타내었다. AEAC 값은 100 mg의 UPE와 상응하는 ascorbic acid의 양으로 표현하였으며 다음과 같은 방정식을 통해 계산하였다.

AEAC=(ΔAsampleAaaCaa×V×(100/Wsample)

여기서 ΔAsample은 UPE에 의한 흡광도 변화, ΔAaa는 ascorbic acid 표준액에 의한 흡광도 변화, Caa는 ascorbic acid 표준액의 농도(mg/mL), V는 UPE의 부피(mL), Wsample은 UPE의 질량(g)이다.

통계 분석

본 연구의 모든 실험 결과는 평균±표준편차(mean±standard deviation)로 나타냈고, GraphPad Prism 9 software(Graph Pad)를 이용하여 표현하였다. One-way ANOVA(analysis of variance)와 t-test를 통해 대조군과 UPE를 처리한 각 실험군 간 차이를 분석하였다. 대조군과 비교하여 P<0.05를 기준으로 통계적 유의성을 판단하였다.

결과 및 고찰

RAW 264.7 세포에서 LPS로 증가한 NO 생산에 UPE의 영향 평가

NO의 과잉 생산은 세포와 조직을 손상할 수 있으며, 염증성 질환의 주요 원인이 되므로(Choi 등, 2015) RAW 264.7 세포에서 LPS로 유도된 NO 생산에 대한 UPE의 효능을 우선 평가하였다. UPE의 농도별(25, 50, 100 μg/mL) 전처리로 LPS에 의한 NO 생산이 유의적으로 억제되었고, 특히 100 μg/mL의 처리군에서 NO 생산이 74.6% 감소하였다(Fig. 1A). Kim 등(2008)은 LPS 단일 처리군 대비 Glycyrrhizae radix 추출물이 LPS에 의한 NO 생산을 8배 억제하였고, Lee 등(2007)Pyrolae herba 추출물이 NO 생산을 10배 억제하였다고 보고하였다. 따라서 본 연구 결과는 UPE가 LPS 단일 처리군 대비 NO 생산을 13배 억제하여 상대적으로 우수한 NO 저해 활성을 나타낸다고 할 수 있다. 또한, 세포 독성을 평가한 결과, 주어진 UPE 농도(25, 50, 100 μg/mL)에서 세포 독성이 관찰되지 않았다(Fig. 1B). 따라서 UPE는 독성이 없는 농도에서 LPS로 증가한 NO의 생성을 유의적으로 억제함을 확인하였다.

Fig 1. The effects of Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. extracts (UPE) on LPS-induced nitrite production and cell viability in RAW 264.7 cells. (A) UPE significantly inhibited LPS-induced NO production in RAW 264.7 cells in a dose-dependent manner. (B) UPE did not have cytotoxicity in RAW 264.7 cells. The data represent the mean±SD of three independent experiments. #P<0.05 indicates a significant difference between control group and LPS group. **P<0.01, ***P<0.001 indicate a significant difference compared with the LPS group.

RAW 264.7 세포에서 LPS로 유도된 iNOS 및 COX-2 발현에 대한 UPE의 영향 평가

iNOS와 COX-2는 각각 염증을 매개하는 다량의 iNOS(Lai 등, 2009)와 PGF2(Lee 등, 2012)를 생성한다. iNOS는 대식세포와 같은 면역세포에서 유도되며, LPS와 같은 자극으로 활성화되고 아르기닌을 산화하여 NO를 생성한다(Lianos, 1998). 따라서 우리는 NO 합성 효소인 iNOS와 추가로 염증을 유도할 수 있는 COX-2의 발현에 UPE가 미치는 영향을 평가하였다. LPS에 의해 iNOS와 COX-2 단백질 발현이 증가함을 확인하였고, UPE의 농도별(25, 50, 100 μg/mL) 전처리로 iNOS의 발현이 농도 의존적으로 감소하였다(Fig. 2). 흥미롭게도 UPE를 100 μg/mL 처리했을 때 iNOS의 발현이 약 90% 수준까지 억제되었지만(Fig. 2B), COX-2의 발현에는 영향을 미치지 않았다(Fig. 2A). Wang 등(2019)에 따르면 Phyllanthus emblica 추출물의 효능을 western blot을 통해 확인하였을 때, LPS에 의해 증가한 iNOS 발현이 유의적으로 감소하면 항염증 효능을 나타낸다고 보고하였다. 이러한 결과를 통해 UPE는 COX-2 발현 증가에 의한 염증 반응보다는 iNOS의 발현 증가로 생성되는 과도한 NO를 억제함으로써 잠재적인 항염증 효능을 나타낼 가능성이 있음을 추측할 수 있다.

Fig 2. The effects of Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. extracts (UPE) on LPS-induced expression of iNOS and COX-2 in RAW 264.7 cells. (A) UPE significantly inhibited LPS-induced expression of iNOS in RAW 264.7 cells in a dose dependent manner. (B) Quantification of iNOS expression was significantly alleviated by UPE in RAW 264.7 cells. The data represent the mean±SD of three independent experiments. #P<0.05 indicates a significant difference between control group and LPS group. ***P<0.001 indicates a significant difference compared with the LPS group.

RAW 264.7 대식세포에서 LPS로 유도된 NF-κB 신호전달 경로 활성에 대한 UPE의 영향 평가

NF-κB는 염증 반응 동안 중요한 전사인자이며 염증 발현에 관여한다고 알려져 있다(Wu 등, 2024). LPS는 TLR4와 같은 선천 면역 체계 수용체에 의해 감지되어 하위 인자인 NF-κB 신호전달 경로를 활성화하고 핵으로 이동시킨다(Diao 등, 2014). 핵으로 이동한 NF-κB는 DNA의 κB-site에 결합해 전사를 활성화하여(Inoue 등, 2007) 염증성 매개체 및 사이토카인 생성에 관여한다(Medzhitov, 2010). 따라서 UPE가 iNOS 발현 및 염증 조절에 NF-κB 경로가 관여하는지 Western blot을 통해 확인하였다. NF-κB 전사인자의 활성에 UPE가 미치는 영향을 확인한 결과, UPE에 의해 RAW 264.7에서 LPS로 유도된 p65의 인산화가 유의적으로 억제되었다(Fig. 3). 또한, 상위 인자인 IκBα, IKKα의 인산화도 LPS에 의해 증가하였지만, UPE에 의해 유의적으로 억제되었다(Fig. 4A~C). 아울러, LPS로 유도된 IκBα의 분해가 UPE의 50, 100 μg/mL 농도에서 유의적으로 완화되는 것을 확인하였다(P<0.001)(Fig. 4A, 4D). Gao 등(2020)에 따르면 NF-κB 경로의 활성을 억제하였을 때 항염증 효능이 나타났고, 이를 in vivo 실험을 통해 검증하였다. 따라서 위 결과를 통해 UPE가 NF-κB 신호전달 경로를 조절하여 iNOS 발현을 억제함으로써 잠재적인 항염증 효능을 가질 수 있음을 시사한다.

Fig 3. The effects of Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. extracts (UPE) on LPS-induced phosphorylation of NF-κB in RAW 264.7 cells. (A) UPE significantly inhibited LPS-induced phosphorylation of p65 in RAW 264.7 cells. (B) Quantification of p65 phosphorylation was significantly alleviated by UPE in RAW 264.7 cells. The data represent the mean±SD of three independent experiments. #P<0.05 indicates a significant difference between control group and LPS group. ***P<0.001 indicates a significant difference compared with the LPS group.

Fig 4. The effects of Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. extracts (UPE) on LPS-induced NF-κB signaling pathway in RAW 264.7 cells. (A, B) UPE significantly inhibited LPS-induced phosphorylation of IKKα in RAW 264.7 cells in a dose-dependent manner. (A, C) UPE significantly inhibited LPS-induced phosphorylation of IκBα in RAW 264.7 cells. (A, D) UPE significantly inhibited LPS-induced degradation of IκBα in RAW 264.7 cells. The data represent the mean±SD of three independent experiments. #P<0.05 indicates a significant difference between control group and LPS group. **P<0.01, ***P<0.001 indicate a significant difference compared with the LPS group.

RAW 264.7 대식세포에서 ROS 생산 및 라디칼 소거에 대한 UPE의 영향 평가

활성산소종(ROS)은 미토콘드리아의 정상적인 세포 호흡 과정에 의해 주로 생성되어 세포 성장 및 분화를 조절하는 기능을 하지만(Mittal 등, 2014), 외부 스트레스에 의한 반응으로 ROS가 과도하게 생산되면 면역세포를 활성화하며 자유 라디칼을 형성하여 산화적 손상을 유발하고(Tang 등, 2019) 그로 인해 세포 사멸 및 염증이 발생한다(Zhao 등, 2021). 이처럼 염증 반응과 산화 반응은 밀접하게 연관되어 있으므로, RAW 264.7 대식세포에서 DCF-DA probe를 사용하여 UPE가 ROS 생성에 미치는 영향을 평가하였다. LPS로 인해 ROS의 생산이 유의적으로 증가하였고(P<0.05), 100 μg/mL의 UPE를 처리하였을 때 유의적으로 완화되었다(Fig. 5A). 이를 형광 현미경을 통해 분석을 진행하였을 때도 동일한 경향을 나타내었다(Fig. 5B). 이 결과를 통해 UPE는 RAW 264.7 대식세포에서 LPS로 인해 증가한 ROS 생산을 완화해 항산화 효능을 가진다는 것을 알 수 있다. 추가로 소재의 항산화능을 평가할 수 있는 ABTS 및 DPPH assay를 진행하였고, 항산화제로 많이 알려진 ascorbic acid와 비교하여 UPE의 항산화능을 확인하였다. ABTS와 DPPH assay에서 각각 AEAC 값을 mg/100 mg으로 환산하여 나타내었다. UPE의 AEAC 값은 62.70±0.01, 10.49±0.00 mg/100 mg으로 측정되었다(Table 1). 이를 통해 UPE는 자유 라디칼 소거능을 가진다는 것을 확인했으므로 항산화 효능을 나타내는 소재임을 증명하였다.

Table 1 . The effects of Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. extracts on total ascorbic acid equivalent antioxidant activity (AEAC) in RAW 264.7 cells.

ABTS.

DPPH.

AEAC (mg/100 mg).

62.70±0.01.

10.49±0.00.



Fig 5. The effects of Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. extracts (UPE) on LPS-induced ROS production in RAW 264.7 cells. UPE significantly inhibited LPS-induced production of ROS in RAW 264.7 cells in 100 μg/mL. The data represent the mean±SD of three independent experiments. #P<0.05 indicates a significant difference between control group and LPS group. *P<0.05 indicates a significant difference compared with the LPS group.

요 약

우리는 한국생명공학연구원으로부터 분양받은 식물 소재 중 항염증 활성이 우수한 소재로 UPE를 선별하였다. UPE는 세포 독성을 가지지 않는 농도에서 LPS로 유도된 NO 생성 및 iNOS의 발현을 유의적으로 억제하였다. 또한, UPE는 LPS로 인해 활성화된 p65의 인산화 및 세포질에서 핵으로의 전위를 억제하였으며, IκBα와 IKKα의 인산화를 억제하였다. UPE는 100 μg/mL 농도에서 LPS에 의한 ROS 생성을 유의적으로 감소시켰다. 이러한 연구 결과는 UPE가 LPS로 인해 증가하는 iNOS 및 NO의 생성과 NF-κB 신호전달 경로의 활성을 조절하여 잠재적인 항염증 소재가 될 수 있음을 시사한다.

감사의 글

이 연구는 대한민국의 KRIBB Initiative Program과 베트남의 project đTđL.CN-72/22의 지원을 받았습니다.

Fig 1.

Fig 1.The effects of Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. extracts (UPE) on LPS-induced nitrite production and cell viability in RAW 264.7 cells. (A) UPE significantly inhibited LPS-induced NO production in RAW 264.7 cells in a dose-dependent manner. (B) UPE did not have cytotoxicity in RAW 264.7 cells. The data represent the mean±SD of three independent experiments. #P<0.05 indicates a significant difference between control group and LPS group. **P<0.01, ***P<0.001 indicate a significant difference compared with the LPS group.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2025; 54: 157-163https://doi.org/10.3746/jkfn.2025.54.2.157

Fig 2.

Fig 2.The effects of Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. extracts (UPE) on LPS-induced expression of iNOS and COX-2 in RAW 264.7 cells. (A) UPE significantly inhibited LPS-induced expression of iNOS in RAW 264.7 cells in a dose dependent manner. (B) Quantification of iNOS expression was significantly alleviated by UPE in RAW 264.7 cells. The data represent the mean±SD of three independent experiments. #P<0.05 indicates a significant difference between control group and LPS group. ***P<0.001 indicates a significant difference compared with the LPS group.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2025; 54: 157-163https://doi.org/10.3746/jkfn.2025.54.2.157

Fig 3.

Fig 3.The effects of Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. extracts (UPE) on LPS-induced phosphorylation of NF-κB in RAW 264.7 cells. (A) UPE significantly inhibited LPS-induced phosphorylation of p65 in RAW 264.7 cells. (B) Quantification of p65 phosphorylation was significantly alleviated by UPE in RAW 264.7 cells. The data represent the mean±SD of three independent experiments. #P<0.05 indicates a significant difference between control group and LPS group. ***P<0.001 indicates a significant difference compared with the LPS group.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2025; 54: 157-163https://doi.org/10.3746/jkfn.2025.54.2.157

Fig 4.

Fig 4.The effects of Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. extracts (UPE) on LPS-induced NF-κB signaling pathway in RAW 264.7 cells. (A, B) UPE significantly inhibited LPS-induced phosphorylation of IKKα in RAW 264.7 cells in a dose-dependent manner. (A, C) UPE significantly inhibited LPS-induced phosphorylation of IκBα in RAW 264.7 cells. (A, D) UPE significantly inhibited LPS-induced degradation of IκBα in RAW 264.7 cells. The data represent the mean±SD of three independent experiments. #P<0.05 indicates a significant difference between control group and LPS group. **P<0.01, ***P<0.001 indicate a significant difference compared with the LPS group.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2025; 54: 157-163https://doi.org/10.3746/jkfn.2025.54.2.157

Fig 5.

Fig 5.The effects of Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. extracts (UPE) on LPS-induced ROS production in RAW 264.7 cells. UPE significantly inhibited LPS-induced production of ROS in RAW 264.7 cells in 100 μg/mL. The data represent the mean±SD of three independent experiments. #P<0.05 indicates a significant difference between control group and LPS group. *P<0.05 indicates a significant difference compared with the LPS group.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2025; 54: 157-163https://doi.org/10.3746/jkfn.2025.54.2.157

Table 1 . The effects of Urceola polymorpha (Pierre ex Spire) D.J.Middleton & Livsh. extracts on total ascorbic acid equivalent antioxidant activity (AEAC) in RAW 264.7 cells.

ABTS.

DPPH.

AEAC (mg/100 mg).

62.70±0.01.

10.49±0.00.


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